中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術(shù)集團企業(yè)。
（來源：泉州公路）
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如果把橋梁比作人的話，從橋梁建成投入運營開始，結(jié)構(gòu)性能就開始逐漸退化，退化到一定的程度，便會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺陷和各種病害。這就和人一樣，年輕時身體硬朗，但隨著年齡的增長，健康問題也就越來越多。
近年來，針對我國公路橋梁數(shù)量的快速增長，以及自然災害風險的日益凸顯，交通運輸部持續(xù)開展了公路危橋改造和公路安全生命防護和干線公路危害防治三項重大工程，目的是要確保交通基礎(chǔ)設(shè)施的良好性能，推進交通基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為公眾出行和經(jīng)濟社會發(fā)展提供安全、舒適、高效、便捷、綠色、經(jīng)濟的服務。
然而，伴隨大規(guī)模的公路橋梁養(yǎng)護管理工作的開展，一線從業(yè)人員也面臨許多困惑。例如：養(yǎng)護資源如何按需分配？養(yǎng)護資金如何有效投入？安排預防性養(yǎng)護如何不再僅僅依靠經(jīng)驗？
2021年11月1日，新修訂的《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》（JTG5120—2021）將作為公路工程行業(yè)標準，正式施行。在規(guī)范修訂過程中，修訂組總結(jié)了我國近年來公路橋涵養(yǎng)護經(jīng)驗和科技成果，借鑒國內(nèi)外相關(guān)標準規(guī)范的先進技術(shù)方法，按照“防治結(jié)合、科學養(yǎng)護、安全運行、保障通暢”的養(yǎng)護理念，在橋梁檢查評定、養(yǎng)護維修、災害防治、技術(shù)管理等方面進行重點修訂，力求使本規(guī)范技術(shù)先進、內(nèi)容合理、可操作性強。
針對此次規(guī)范修訂的具體內(nèi)容，以及其在推動我國橋梁養(yǎng)護行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展方面的意義，本刊特邀該規(guī)范主編許宏元先生，為讀者帶來詳細解讀。
科學養(yǎng)橋 化被動為主動
“上醫(yī)治未病,中醫(yī)治欲病,下醫(yī)治已病。”這句話出自兩千多年前的《黃帝內(nèi)經(jīng)》。放眼今天，這一“不治已病治未病”的哲學思想同樣適用于橋梁養(yǎng)護。
“根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，預防養(yǎng)護不僅可使結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況保持在良好狀態(tài)，同時壽命期內(nèi)的養(yǎng)護成本僅為傳統(tǒng)養(yǎng)護模式的1/4。”許宏元向記者解釋道：“傳統(tǒng)的維修養(yǎng)護是響應式（也可以叫做被動式）的養(yǎng)護模式，即‘哪兒壞了修哪兒’，甚至是‘壞到一定程度再維修’。此時，橋梁結(jié)構(gòu)性能已經(jīng)有了較大幅度的降低，養(yǎng)護必然要花費更多的費用和資源。倘若在橋梁結(jié)構(gòu)性能隨時間退化的前期，能夠在保證橋梁結(jié)構(gòu)性能指標滿足要求的前提下，選擇恰當?shù)臅r機，預先進行有效的養(yǎng)護、維護工作，那么就可以有效延長結(jié)構(gòu)處于良好狀況的時間，較大程度上延緩橋梁的劣化速度和程度，降低橋梁構(gòu)件更換或大修的頻次，以此減少養(yǎng)護資金的總投入，達到全壽命周期綜合效益較好，這就是預防養(yǎng)護的核心理念。”
近年來，隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施存量的持續(xù)增加和年限的不斷增長，交通基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護需求和壓力也與日俱增?！笆晃濉币潦迹煌ㄟ\輸部開始在全國范圍內(nèi)推行預防性養(yǎng)護工作。資料顯示，2006年，由交通運輸部發(fā)起、山東省公路局牽頭，包括江蘇、上海等地十幾個單位參加了預防性養(yǎng)護的系統(tǒng)研究，在相關(guān)實施技術(shù)以及實施時機和決策等方面，進行了一些探索和梳理。2016年，交通運輸部在《“十三五”公路養(yǎng)護管理發(fā)展綱要》中提出，全面開展預防性養(yǎng)護，加快制定預防性養(yǎng)護政策和技術(shù)標準，安排預防性養(yǎng)護專項資金并納入公路養(yǎng)護年度支出計劃。2020年底，交通運輸部印發(fā)《關(guān)于進一步提升公路橋梁安全耐久水平意見》，該意見提出，要著力提升預防性養(yǎng)護水平，貫徹全生命周期理念，建立橋梁運營期預防性養(yǎng)護機制，加強橋梁支座、伸縮縫、纜索防護、阻尼減振等橋梁制品的預防性養(yǎng)護，實施特殊環(huán)境作用下橋梁耐久性提升，注重輕微病害的早期處治，強化橋梁保養(yǎng)標準化和常態(tài)化，防范4、5類橋梁發(fā)生，延長使用壽命。
通過多年來的努力，預防性養(yǎng)護的理念已逐步被廣大從業(yè)人員所接受，預防性養(yǎng)護的資金和實施里程逐年增加，預防性養(yǎng)護技術(shù)（包括材料和裝備）不斷完善和成熟，預防性養(yǎng)護的成效也開始顯現(xiàn)。
取經(jīng)歐美 探索本土化方案
與國內(nèi)相比，歐美發(fā)達國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)早，存在大量中小橋需要進行養(yǎng)護與管理，在發(fā)展過程中積累了豐富的養(yǎng)護經(jīng)驗。早在20世紀80～90年代，歐美發(fā)達國家便開始積極推動橋梁預防性養(yǎng)護技術(shù)的研究。
英國很早就確立了“預防性養(yǎng)護為主、糾正性養(yǎng)護為輔”的策略。2020年英國除交通部直管的特大型橋梁外，擁有71505座大、中、小型橋梁，其中有結(jié)構(gòu)缺陷的為3061座，僅占全部橋梁的4.3%。這一成績就是得益于預防養(yǎng)護的開展。英國倡導橋梁工程師要學會把全壽命橋梁養(yǎng)護工作的全過程成本盡可能地量化出來，而且還包括碳排放成本、時間成本、人力培養(yǎng)成本等新時期的計算標準。
上世紀末，美國制定了一個橋梁維護保養(yǎng)、修理的綜合工作計劃，其目的就是要把預防性養(yǎng)護納入健康檢查和養(yǎng)護維修的工作中。該計劃歷時14年(1997-2010)，耗資28億美元，其中就包括四座百年老橋：布魯克林橋、曼哈頓大橋、威廉斯堡大橋和皇后大橋。針對這些橋梁的預防性保養(yǎng)計劃是單獨專一的工作計劃，每三年一個合同，由紐約市交通局成立的專職養(yǎng)護機構(gòu)負責。專職養(yǎng)護機構(gòu)需協(xié)助開發(fā)和管理信息化的預防性養(yǎng)護管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的綜合數(shù)據(jù)庫列出所有需要進行預防性保養(yǎng)的構(gòu)件單元；在預防性養(yǎng)護的日程監(jiān)督、跟蹤數(shù)據(jù)庫中，可提供選擇性數(shù)據(jù)報告及進程報告，可輸入有關(guān)預防性養(yǎng)護的投訴，指定有關(guān)方面解決投訴并追蹤解決情況。系統(tǒng)提供CAD和數(shù)碼照相合成資料，也提供狀況報告系統(tǒng)等。
其具體預防性養(yǎng)護的主要措施包括：過冬計劃包含除雪、防冰凍、化冰；垃圾清除包含清掃路面、清理排水系統(tǒng)、清理下水道格柵蓋、清理橋面伸縮縫、清潔和沖洗橋體；鋼橋油漆包含鋼構(gòu)件斑點油漆，濺鹽區(qū)油漆；人行道補坑洼，裂縫填補；電氣保養(yǎng)，機械保養(yǎng)；替換抗磨表層路面，潤滑支承，潤滑懸索主纜，潤滑吊桿。
2020年，位于美國紐約州的馬里奧·科莫州長大橋建成通車，這座大橋擁有美國最龐大、最復雜的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以幫助養(yǎng)護工程師監(jiān)測結(jié)構(gòu)性能并作出實時決策。全橋共安裝有300個傳感器，用于監(jiān)測纜索溫度與應力變化、結(jié)構(gòu)裂縫、橋梁伸縮縫變化，以及混凝土內(nèi)部和橋面的正常腐蝕。當發(fā)生地震或船舶撞擊等情況時，監(jiān)測系統(tǒng)自動給橋梁運營單位發(fā)送電子郵件，提醒其及時應對。此外，監(jiān)測系統(tǒng)除了分析事件發(fā)生周期外，還可以通過對支座壽命、伸縮縫壽命和腐蝕情況等關(guān)鍵指標進行監(jiān)測，并比較每年的性能變化，動態(tài)改進養(yǎng)護計劃，實現(xiàn)預防養(yǎng)護。
“從以上這些案例可以看出，在橋梁預防性養(yǎng)護方面，歐美發(fā)達國家無論在管理還是技術(shù)上，都起步較早，并且隨著科技發(fā)展，其相關(guān)工作還在持續(xù)改進，有很多經(jīng)驗和做法值得我們學習和借鑒。本次規(guī)范修訂中，有一些內(nèi)容也是吸收借鑒了歐美發(fā)達國家的經(jīng)驗，同時又結(jié)合我國的實際情況進行了細化?！痹S宏元如是說。
精細修訂 助推橋涵養(yǎng)護升級
通過國內(nèi)外的應用實踐，預防性養(yǎng)護已被證明是一個行之有效的措施，但該理念被引入我國之后，在實際操作中也有一些問題亟需解決。例如：如何安排預防性養(yǎng)護計劃（資金）、如何把握預防性養(yǎng)護時機、如何選擇預防性養(yǎng)護技術(shù)等。如果這些問題無法解決，預防養(yǎng)護也就失去了其應有的意義。
許宏元表示：“貫徹預防養(yǎng)護，首先要重點解決‘選擇恰當?shù)臅r機’。此次《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》修編，結(jié)合國內(nèi)的橋梁養(yǎng)護實際情況，引入國內(nèi)外先進的理念和方法，如建立養(yǎng)護檢查分級，增加了初始檢測、日常巡查、健康監(jiān)測、預防性養(yǎng)護以及技術(shù)管理等，讓橋梁養(yǎng)護更科學、實用，養(yǎng)護費用投入更合理、有效。此外，新規(guī)范還豐富了大跨徑、技術(shù)復雜橋梁的養(yǎng)護技術(shù)內(nèi)容，明確養(yǎng)護目標。增加鋼橋、鋼管混凝土拱橋、斜拉橋、懸索橋的檢查項目與要求；完善技術(shù)復雜橋型的永久觀測點設(shè)置規(guī)定和實施結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的要求；明確了拉索、吊桿等橋梁可更換構(gòu)件的更換條件和具體技術(shù)指標；增補細化了鋼結(jié)構(gòu)防腐、懸索橋索夾滑移防治措施等技術(shù)復雜橋梁的養(yǎng)護維修技術(shù)要求等?！?/p>
據(jù)了解，在此次規(guī)范修訂過程中，修編組總結(jié)了我國近年來公路橋涵養(yǎng)護經(jīng)驗和科技成果，借鑒國內(nèi)外相關(guān)標準規(guī)范的先進技術(shù)方法，按照“防治結(jié)合、科學養(yǎng)護、安全運行、保障通暢”的養(yǎng)護理念，在橋梁檢查評定、養(yǎng)護維修、災害防治、技術(shù)管理等方面進行重點修訂，力求使本規(guī)范技術(shù)先進、內(nèi)容合理、可操作性強。
修訂要點1：
養(yǎng)護分級 避免資源“一刀切”
規(guī)范修編組調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前多數(shù)省份對養(yǎng)護資金的下?lián)芊峙鋵儆凇罢w切塊”形式，沒有結(jié)合橋梁規(guī)模、重要性等因素，針對“三特”橋梁按單座橋梁和養(yǎng)護作業(yè)類別安排專項的養(yǎng)護管理資金。實際上，養(yǎng)護資源比較難做到按需分配。因此，此次修訂，根據(jù)橋梁規(guī)模、技術(shù)狀況、運營環(huán)境及所處公路等級的不同，劃分了橋梁養(yǎng)護檢查等級（I、II、III級），主要用于指導橋梁養(yǎng)護資源的投入，指導橋梁檢查、檢測周期等養(yǎng)護工作的安排。
許宏元解釋道：“規(guī)范修編后，各級養(yǎng)管單位，可以結(jié)合轄區(qū)橋梁情況，依據(jù)橋梁養(yǎng)護檢查等級和相應的要求，分配養(yǎng)護資源，解決‘一刀切’的問題，做到按需分配。第二，本次修訂在原規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)橋涵養(yǎng)護檢查等級不同，結(jié)合橋梁技術(shù)狀況和管養(yǎng)單位的實際能力，為適應不同的養(yǎng)護需求，在增加了日常巡檢的要求后，將養(yǎng)護檢查等級為Ⅱ、Ⅲ級橋梁的經(jīng)常檢查頻率適當降低，起到合理配置養(yǎng)護資源的作用。第三，針對技術(shù)狀況差和較差的橋梁，通過提高養(yǎng)護檢查等級，增加檢查頻率，確保橋梁在維修處治前的風險可控，在保障安全的同時，也使得養(yǎng)護資源做到了按需分配?！?/p>
修訂要點2：
細化檢查 筑牢養(yǎng)護“前哨”
目前，國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范在橋梁檢查類別和頻率方面規(guī)定不一，從檢查類型和檢查頻率要求方面來看，美國規(guī)范最為詳細。此次規(guī)范修編吸收借鑒了美國和日本的經(jīng)驗，增補了初始檢查和日常巡查，將水下檢測納入特殊檢查中，并做了具體的規(guī)定，進一步完善了我國橋梁的檢查體系。同時，新規(guī)范又結(jié)合我國實際情況，對檢查要求進行了細化。例如提出了遵循“保證重點，養(yǎng)好一般，區(qū)別對待”的原則，根據(jù)等級，遵循不同的巡檢周期和養(yǎng)護技術(shù)要求；結(jié)合橋梁技術(shù)狀況評定的要求，按橋型補充并細化了橋梁各構(gòu)件的定期檢查內(nèi)容。
“養(yǎng)護實踐證明，日常巡查可以及時發(fā)現(xiàn)一些橋梁病害和安全隱患?！痹S宏元告訴記者，“曾經(jīng)有一座建于軟土地基上的高架橋，正是因為巡查人員通過伸縮縫型鋼的異常變形、聯(lián)端護欄的錯位，及時發(fā)現(xiàn)了因橋側(cè)堆載引發(fā)的橋體側(cè)移和下部結(jié)構(gòu)損傷。相關(guān)人員隨即對交通實施全封閉，并采取了加固處治措施，有效避免了事故的發(fā)生。可見，日常巡查是保障橋梁安全的重要舉措。通過日常巡查，可以及時獲知橋梁結(jié)構(gòu)運營是否正常，使橋梁結(jié)構(gòu)在病害初期或突發(fā)情況下能得到及時的養(yǎng)護或緊急處治?！?/p>
除此之外，許宏元還表示，在橋梁的定期檢查中發(fā)現(xiàn)，一些病害屬于先天問題（設(shè)計或施工遺留的問題），雖然不影響橋梁安全，但是影響到橋梁技術(shù)狀況的準確評定，進而影響?zhàn)B護科學決策；而有些病害是因超載、環(huán)境作用或其他因素導致，是后天形成的，定期檢查不能準確判斷其變化、發(fā)展趨勢，可能延誤最佳的維修處治時機，形成安全隱患。因此，初始檢查可以較好地解決這些問題。該檢查可以通過采集橋梁的基礎(chǔ)狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立橋梁技術(shù)檔案，作為后期經(jīng)常檢查、定期檢查、特殊檢查及橋梁評定的基準；可以確定橋梁各構(gòu)件的基礎(chǔ)技術(shù)狀況，便于對后期發(fā)現(xiàn)的橋梁缺陷和病害做對比分析，確定病害或缺陷成因及其發(fā)展程度和發(fā)展速度，為橋梁進一步養(yǎng)護工作提供依據(jù)，確保橋梁安全。
在橋梁評定方面，新規(guī)范吸收了美國橋梁綜合性能評估和健全性評估的經(jīng)驗，進一步完善了評定體系，在橋梁適應性評定中增補了耐久性評定的內(nèi)容，并細化了抗災能力評定的內(nèi)容。
修訂要點3：
災害防治 強化風險辨識和評估
作為生命線工程的重要組成部分,保護橋梁安全必須要從風險源頭做起，須根據(jù)待養(yǎng)護橋梁結(jié)構(gòu)運維安全的關(guān)鍵風險源，制定防治與搶修目標。
據(jù)規(guī)范修編組前期調(diào)研顯示，橋梁在安全運營中面臨的風險主要來自外部使用環(huán)境，其中超限超載、車船撞擊和水毀占比最大。通過對186座事故橋梁的分析，因車輛超載直接或間接引發(fā)的橋梁事故達到76起，占比達到41%；車船撞擊和水毀各有57起，分別占比31%；泥石流、火災、養(yǎng)護不到位、偏載傾覆及其他原因則分別占比2%、4%、5%、8%和4%。近年來，地震活動頻繁，因地震引發(fā)的橋梁落梁和垮塌也時有發(fā)生。另外，風災雖然未導致橋梁垮塌事件發(fā)生，但橋梁風致振動問題，也受到了廣泛的關(guān)注，甚至產(chǎn)生了一定程度的社會影響。
“從源頭保護橋梁安全，除了嚴格治理超限超載車輛外，首先要強化安全風險辨識和評估。加強橋梁例行檢查和結(jié)構(gòu)監(jiān)測，及時開展相應檢查?！睋?jù)許宏元介紹，新規(guī)范首先在橋梁檢查方面做了重點修訂，增加了初始檢查、日常巡查和結(jié)構(gòu)監(jiān)測，并對影響橋梁安全運營的突出問題，在經(jīng)常檢查和定期檢查的內(nèi)容要求上做了相應的細化。 第二，按“防治結(jié)合、科學養(yǎng)護、安全運行、保障通暢”的原則做好災害防治工作，及時開展橋梁抗災能力評價。新規(guī)范在對近年頻發(fā)的公路橋梁災害的調(diào)研和驗證工作基礎(chǔ)上，增補了地震、火災、車船及漂浮物撞擊和山體落石等災害防治方面的內(nèi)容；完善了抗洪能力評價標準；補充了橋面積冰、凍融凍拔等冰凍災害的防治措施。從災害預防、受災過程應急處治、災后搶修保通三個方面做出了明確的要求和規(guī)定。第三，繼續(xù)加強橋梁安全保護區(qū)管理。調(diào)研顯示，橋梁安全區(qū)內(nèi)堆載、卸載、非法占為他用，引發(fā)了多起橋體偏移、下部結(jié)構(gòu)損傷甚至垮塌事故；很多橋梁水毀也與河道采砂相關(guān)；橋下雜物燃燒也會引發(fā)橋梁火災……因此，新規(guī)范結(jié)合部發(fā)321號文中橋梁安全保護區(qū)管理的要求，在日常巡查內(nèi)容中增加了對橋梁安全區(qū)的檢查規(guī)定。
修訂要點4：
技術(shù)管理 助推橋涵智能化養(yǎng)護
近年來，信息化技術(shù)在橋梁管養(yǎng)上的應用程度日益提高，智能化養(yǎng)護的趨勢已不可逆轉(zhuǎn)。針對新興技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，新規(guī)范增補了“技術(shù)管理”的內(nèi)容，重點提出了數(shù)據(jù)庫管理、信息化管理的相關(guān)要求。利用數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（其中亦包括橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)），通過信息化平臺，建立動態(tài)的評價體系并實現(xiàn)預警功能，以期實現(xiàn)橋涵養(yǎng)護管理科學決策。
在實際操作過程中，相關(guān)橋涵運維管理單位可基于BIM、GIS等信息技術(shù)，建立橋涵結(jié)構(gòu)物養(yǎng)護期數(shù)據(jù)標準體系，實現(xiàn)養(yǎng)護數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理，結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理等技術(shù)創(chuàng)建三維可視化養(yǎng)護協(xié)同管理平臺。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)涵蓋橋梁養(yǎng)護全過程的各類養(yǎng)護應用，完成養(yǎng)護數(shù)據(jù)采集、集成、交互及更新的全過程流轉(zhuǎn)，建立橋涵養(yǎng)護專業(yè)知識圖譜，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，完成輔助決策分析、資源優(yōu)化配置，實現(xiàn)養(yǎng)護業(yè)務的智能化應用，并基于該平臺對養(yǎng)護業(yè)務的過程、成果進行管理及應用展示。
據(jù)介紹，在養(yǎng)護管理系統(tǒng)方面，歐美國家起步較早。美國在1968年開發(fā)了首個橋梁管理系統(tǒng)——“國家橋梁檔案數(shù)據(jù)庫”。經(jīng)過漫長的發(fā)展歷程，已經(jīng)逐步完善為綜合性橋梁管理系統(tǒng)，其中美國的PONTIS系統(tǒng)最具代表性。這些系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫管理、優(yōu)先排序、技術(shù)狀況評價等功能，部分系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)全壽命周期費用分析。相比之下，我國在該領(lǐng)域還有一些技術(shù)瓶頸有待突破。首先，要進一步完善橋梁技術(shù)狀況評定方法。目前基于層次分析的方法，從應用效果來看，仍然存在不足（該標準目前也正處在修編中），多數(shù)情況需要有經(jīng)驗的檢測工程師進行人工修正。第二，目前數(shù)據(jù)采集還是大多依靠人工，采集效率較低，差錯率較高。未來，隨著橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的推廣以及無人機、深度學習功能機器人的應用，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準和接口標準是要解決的問題。第三，通過數(shù)據(jù)挖掘和深度分析，建立采集數(shù)據(jù)與橋梁構(gòu)件性能退化的對應關(guān)系，設(shè)定出不同環(huán)境作用下，構(gòu)件性能退化過程的具體量化指標和變化規(guī)律，以此作為開展預防養(yǎng)護、修復養(yǎng)護的依據(jù)，并作出全壽命周期的資金使用預測分析。
當然，新興技術(shù)與橋梁管養(yǎng)的融合也絕非一日之功。許宏元表示：“新修訂的《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》作為公路橋涵養(yǎng)護類行業(yè)標準的龍頭，必將對智能化養(yǎng)護起到引領(lǐng)和推動作用，進一步促進信息化建設(shè)重心由數(shù)據(jù)采集，向數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘、分析和利用上轉(zhuǎn)移?！?/p>
本文刊載 / 《橋梁》雜志
2022年 第1期 總第105期
本刊記者 / 李詩韻 王碩
美編 / 趙雯
責編 / 陳晨
審校 / 李天穎 裴小吟 廖玲
